JP2010259128A

JP2010259128A - 充電装置

Info

Publication number: JP2010259128A
Application number: JP2009102593A
Authority: JP
Inventors: Takuya Imai; 拓也今井; Tateaki Nagashima; 健彰長島; Yoshikazu Itakura; 良和板倉; Masahiro Sakai; 昌洋酒井; Atsuo Matsumoto; 淳雄松本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】本発明では、単電池の電圧が電気用品安全法及びそのガイドラインで設定された過電圧保護電圧が超えないように各電池を満充電に近い状態にする充電方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、単電池をｎ個直列に組み合わせた二次電池パックを定電圧定電流制御で充電する充電装置において、単電池を保護するための過電圧保護電圧をｎ倍した電圧と、前記ｎ個直列に組み合わせた二次電池パック内の各単電池の電圧を検出し、前記検出した前記各単電池の電圧で最も高い単電池の電圧をｎ倍した電圧を比較し、前記ｎ倍した過電圧保護電圧を超えないように前記充電装置の定電圧制御電圧を設定し、各単電池の電圧が過電圧保護電圧を超えない様に、前記定電圧充電制御電圧にて定電圧充電制御する事を特徴とした充電装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電装置の二次電池パックを定電圧定電流制御で充電に関する。

近年、ポータブルオーディオやデジタルスチルカメラといった携帯可能な電子機器の市場が急速に伸びている。その中で、携帯型電子機器に電源を供給するため、充電して再利用可能な二次電池は重要な役割を担っている。そして市場の動向として、前記電子機器を駆動させるために必要な電源である二次電池は、電子機器の使用時間をより長くできる様にその電池容量を増加させる事が市場の傾向となっている。

一方、二次電池の容量を増加させる事は、二次電池の安全性にも大きく影響するため、日本国内では、その二次電池の安全性を確保するため、従来の電気用品安全法にリチウムイオン二次電池に関する新たな技術基準を追加し、新しい規制が施行される予定である。

新しい技術基準が施行された場合、直列に単電池を組み合わせた複数電池の二次電池パックを充電する場合において、各単電池の電圧を検出し、単電池の電圧が新しい技術基準で規定される過電圧保護電圧以上とならないように制御する必要性があり、さらに二次電池の温度に応じて過電圧保護電圧が変化するため、制御電圧を温度に応じて変える必要性がある。

そのような背景において、今までの充電装置の充電制御方法では、直列に単電池を組み合わせた複数電池の二次電池パック内の各単電池の電圧を検出しておらず、また、二次電池の温度に応じて過電圧保護電圧を可変させる制御としていない為、新しく施行される技術基準に対応するためには、単電池の電圧を検出する機能を搭載し、さらに二次電池の温度を検出してその温度に応じて充電装置の充電制御電圧を変化させ、単電池の電圧が新しい技術基準で規定される過電圧保護電圧以上とならないように制御する必要性がある。

例えば、特許文献１に記載の図２において、従来の直列に単電池を組み合わせた複数電池の二次電池パックを充電する充電システムについては、その二次電池パックトータルの電池電圧を精度良く充電する方法といった技術が知られている。

充電装置１は、電池パック１１内の温度検出装置１８が充電装置に接続される事により、装着された電池パック１１の充電を開始する。

この充電装置１の充電電圧１０の制御方法は、単電池Ａ及び単電池Ｂのトータル電圧を充電装置内部の充電電圧制御用のオペアンプ２０へ入力し、基準電圧レギュレータ内蔵の制御電圧設定回路２１の基準電圧に基づき、この充電電圧制御用のオペアンプ２０にて充電電圧制御を行い、電源供給回路２より充電電圧１０を出力し、単電池Ａ及び単電池Ｂのトータル電圧として充電制御を行っている。

また、単電池Ａ及び単電池Ｂの電圧値を電池パック１１にて検出しており、検出された電圧値が、予め設定された過電圧保護電圧よりも高くなった時、電池パック内部の保護スイッチ１９にて充電停止を行う。

よって、充電を途中で停止させないためには、充電装置１の充電電圧１０を、単電池毎の過電圧保護電圧トータルの電圧値以下に設定する必要がある。

そのため、充電装置の充電電圧制御値を低く設定する必要がある。

また、単電池の電圧を検出し充電する方法では、二次電池パック内に単電池の電圧を検出する機能を設け、その検出機能にて各単電池の電圧を検出して、検出電圧が二次電池の温度に応じた制御電圧設定値に達した場合に充電を停止するという方法がある。

また図４は従来の制御方法による２個直列の場合の温度と充電制御電圧のプロファイルである。

新しく施行される電気用品安全法の技術基準により、４５℃以上の充電は充電制御電圧が制限される事と、従来の充電制御方法では、充電制御電圧は８．４００Ｖの１種類のみの制御であったため、４５℃以上の充電が不可能と考えられる。

特開２００３−１３４６８６号公報

しかしながら、前記従来の充電装置では、二次電池パック内に、単電池の電圧を検出する機能を設け、その検出機能にて各単電池の電圧を検出している。

検出電圧が二次電池の温度に応じた制御電圧設定値に達した場合に充電を停止する方法では、充電装置の充電制御電圧を、前述した二次電池パック内で単電池毎に検出している検出電圧以下に設定する必要性があるため、充電される二次電池の充電容量値は低くなり、前記電子機器の駆動時間は従来と比較し短くなってしまう課題がある。

本発明はこの様な課題を解決するものであり、単電池をｎ個直列に組み合わせた二次電池パックを定電圧定電流制御で充電する充電装置において、単電池を保護するための過電圧保護電圧をｎ倍した電圧を超えないように設定した充電制御電圧と、前記ｎ個直列に組み合わせた二次電池パック内の各単電池の電圧を検出し、検出した前記各単電池の電圧をｎ倍した電圧を比較し、前記各単電池の電圧をｎ倍した電圧が前記過電圧保護電圧をｎ倍した電圧を超えないように、定電圧制御する事によって、各単電池の充電容量をより満充電に近い状態まで充電する事ができる。

さらに二次電池の温度に応じて定電圧制御電圧を可変する事により、その温度に応じた最適な定電圧制御電圧にて充電する事ができる。

本発明によると、充電装置の定電圧制御電圧を、新たに電気用品安全法にて施行されるリチウムイオン二次電池の各単電池の過電圧保護電圧を超えない最適な定電圧制御電圧に設定する事ができるため、充電している二次電池パックの充電容量を、十分に確保する事ができる。

さらに、検出した電池の温度に応じて定電圧制御電圧を可変することができ、その温度に応じた最適な定電圧制御電圧で充電する事ができる。

本発明の実施の形態１に示す充電装置内部の充電電圧制御に関する回路構成図従来の充電装置内部の充電電圧制御に関する回路構成図本発明の実施形態２に示す図１の制御方法による温度と定電圧制御電圧値のプロファイル図従来の制御方法による温度と定電圧制御電圧値のプロファイル図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における充電装置の内部における充電電圧制御に関する回路構成図である。

本充電装置１は、従来と同様に電池パック１１の電池パック内部の温度検出装置１８が充電装置に接続される事により装着された電池パック１１の充電を開始する。

各単電池を順番に単電池１を図１の１５へ示し、順番に単電池２を図１の１６へ示し、最後のｎ番目の電池を図１では、１７と示している。

例えば、ｎは、２、３、４などの整数である。

また、充電装置１の充電端子および電池パック１１に各単電池の電圧を検出できるように中間端子１２を設置する。

各単電池を定電圧制御するために、複数ある各単電池の電圧検出増幅回路を順番に単電池１電圧検出増幅回路７、単電池２電圧検出増幅回路８、単電池のｎ番目の単電池ｎ電圧検出増幅回路９にて、単電池１、単電池２および単電池ｎの電圧を検出し、その電圧をｎ倍する。

例えば、直列に接続された電池が２個であれば、単電池の電圧を２倍する。

また、定電圧制御電圧設定回路３は、電池パック１１の内部に搭載されている温度検出装置１８で検出した温度により、図３に示される温度と単電池の定電圧制御電圧のプロファイルに基づいて最適な単電池の定電圧制御電圧を決定し、それｎ倍して充電装置１の定電圧制御電圧に設定する。

単電池１用の定電圧制御用オペアンプ４、単電池２用の定電圧制御用オペアンプ５そして単電池ｎ用の定電圧制御用オペアンプ６は、前記設定した定電圧制御電圧および単電池１、単電池２、単電池ｎのｎ倍された電圧がそれぞれ入力され、前記設定した最適な定電圧制御電圧で定電圧制御を行う。

この制御方法により、充電装置１は各単電池をそれぞれ定電圧制御する事ができ、この単電池毎に定電圧制御を行う事によって、単電池の安全を確保する事が可能となる。

従って、二次電池パック内部での単電池毎の過電圧保護制御は不要となり、充電装置の定電圧制御を低く設定する必要がなくなる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における制御方法の温度と単電池あたりの定電圧制御電圧のプロファイルである。

この単電池の定電圧制御電圧は電気用品安全法及びそのガイドラインで設定された過電圧保護電圧が超えないように設定する。

本実施例では、二次電池パックの温度が４５℃以下では４．２００Ｖ、二次電池パックの温度が４５℃〜５０℃では４．１００Ｖ、５０℃以上では４．０５０Ｖで設定する。

充電装置の定電圧制御電圧は二次電池パックの直列に接続された電池の個数分だけ増幅する。

例えば、直列に接続された電池が２個の場合、二次電池パックの温度が４５℃以下では８．４００Ｖ、二次電池パックの温度が４５℃〜５０℃では８．２００Ｖ、５０℃以上では８．１００Ｖとなる。

この制御により、二次電池の温度によって定電圧制御電圧を変化させることができる為、４５℃以上でも充電を行う事が可能となる。

本発明は、単電池をｎ個直列に組み合わせた二次電池パックを定電圧定電流制御で充電する充電装置において、単電池を保護するための過電圧保護電圧をｎ倍した電圧を超えないように設定した充電制御電圧と、前記ｎ個直列に組み合わせた二次電池パック内の各単電池の電圧を検出し、検出した前記各単電池の電圧をｎ倍した電圧を比較し、前記各単電池の電圧をｎ倍した電圧が前記過電圧保護電圧をｎ倍した電圧を超えないように、定電圧制御する事によって、単電池毎の充電容量をより満充電に近い状態まで充電する事ができる。

さらに、二次電池の温度に応じて定電圧制御電圧を可変する事により、その温度に応じた、最適な定電圧制御電圧にて充電する事ができる。これにより、単電池の電圧が電気用品安全法及びそのガイドラインで設定された過電圧保護電圧が超えないように各電池を満充電に近い状態にすることが可能となる。

１充電装置
２電源供給回路
３定電圧制御電圧設定回路
４単電池１用の定電圧制御用オペアンプ
５単電池２用の定電圧制御用オペアンプ
６単電池ｎ用の定電圧制御用オペアンプ
７単電池１電圧検出増幅回路
８単電池２電圧検出増幅回路
９単電池ｎ電圧検出増幅回路
１０充電電圧
１１電池パック
１２中間端子
１３充電装置の充電端子
１４電池パックの充電端子
１５単電池１
１６単電池２
１７単電池ｎ
１８温度検出装置
１９保護スイッチ
２０オペアンプ
２１制御電圧設定回路

Claims

単電池をｎ個直列に組み合わせた二次電池パックを定電圧定電流制御で充電する充電装置において、単電池を保護するための過電圧保護電圧をｎ倍した電圧と、前記ｎ個直列に組み合わせた二次電池パック内の各単電池の電圧を検出し、前記検出した前記各単電池の電圧で最も高い単電池の電圧をｎ倍した電圧を比較し、前記ｎ倍した過電圧保護電圧を超えないように前記充電装置の定電圧制御電圧を設定し、各単電池の電圧が過電圧保護電圧を超えない様に、前記定電圧充電制御電圧にて定電圧充電制御する事を特徴とした充電装置。
前記充電する二次電池パックの温度を検出し、その検出した温度に応じて、予め充電装置に設定された充電装置の定電圧制御電圧を可変し、二次電池の温度に応じて最適な定電圧制御電圧で充電制御する事を特徴とした請求項１記載の充電装置。